一种碳刷连供电机的制作方法

本实用新型涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种碳刷连供电机。

背景技术：

目前在有刷电动机或发电机中一般都设有电刷，该电刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，现有技术中大多采用碳刷作为电刷支持电机工作，在有刷电机工作过程中，碳刷与转换器表面接触，电机转子转动，将电信号通过转换器输送给转子的线圈。由于碳刷主要的成分是碳，在使用过程中易磨损，需要定期维护更换，但更换过程中存在以下的问题：(1)碳刷使用周期短，人为频繁更换碳刷会降低了电机的工作效率，无法实现连续性的生产；(2)由于碳刷用尽后未能及时更换碳刷而损害电机，缩短电机使用寿命。因此需要设计一种能够及时自动更换碳刷的电机。

经检索，中国专利号ZL 201120072002.3，授权公告日：2011年3月18日，发明创造名称：一种碳刷马达的可换式碳刷结构，该申请案包括刷盒、碳刷、蜗状弹簧、支架和刷盒底板，所述刷盒底板与刷盒、碳刷、蜗状弹簧固定组装成一整体碳刷组件；所述刷盒底板包括配合结构A、C、E，配合结构A为一种方形口结构，配合结构C为一种倒角结构，配合结构E为一种凸形结构；所述支架包括配合结构B、D、F，配合结构B为一种倒扣结构，配合结构D为一种卡槽结构，配合结构F为一种平台结构，碳刷组件通过配合结构A与B、C与D、E与F的配合，与支架可拆卸地连接在一块。该申请案中当碳刷磨完，可将刷盒底板结构整体取出，换上新的刷盒继续使用，但该申请案不是同时安装多个备用碳刷，因而碳刷使用周期短，需要人为定期更换，浪费大量的劳动力。

中国专利号ZL 201310304641.1，授权公告日：2015年6月17日，发明创造名称：一种碳刷组件及采用该碳刷组件的碳刷总成，该申请案包括碳刷架和安装于所述碳刷架上的多个碳刷，碳刷架包括第一底座、弹性件、第二底座、第三底座以及多根连接杆，弹性件的一端连接第一底座；第二底座连接于弹性件的另一端；第三底座通过转轴转动连接于第二底座上；连接杆沿周向设置于第三底座上并且垂直于转轴设置；碳刷对应连接于所述连接杆。该申请案中的碳刷组件在其转动方向周向设置的多个电刷，其中一个电刷磨损殆尽时，第三底座转动使另一个电刷迅速转动，与换向器接触，从而使电能通过换向器源源不断的输送至线圈，但该申请案在旋转电刷的过程中，会发生一个碳刷组件上的两个电刷同时与换向器接触，导致电流在两个电刷之间产生回路，影响线圈的转动。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于解决现有技术中碳刷在使用结束后不能及时自动更换的问题，提供了一种碳刷连供电机；本实用新型在电机内部设有多个碳刷，其中两个为工作碳刷，该工作碳刷与换向器相接触，剩余的碳刷为备用电刷，当工作电刷发生磨损不能继续使用后，在卷簧的扭力作用下，旋转碳刷架，使备用碳刷与换向器相接触，保证电机持续工作。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种碳刷连供电机，包括机壳本体、夹持单元和切换单元，其中机壳本体内设置有定子，定子的内侧转动设置有转子，转子安装在输出轴上；

夹持单元包括后端盖和碳刷架，所述的后端盖固定安装于机壳本体的一端；所述的碳刷架包含两对以上套筒，套筒沿支撑环外侧壁周向等间隔设置，且在套筒背向支撑环一端设置有开口，套筒内部设有碳刷，该碳刷由套筒内前推块夹持，碳刷能在该开口处进行伸缩；所述的支撑环内侧安装有卷簧，支撑环通过卷簧连接在后端盖上；

切换单元包括切换控制环和环状换向器，所述的切换控制环与后端盖固定连接，且设置在碳刷架与环状换向器之间，该切换控制环上开设有一对碳刷伸出孔，碳刷能从该碳刷伸出孔伸出与环状换向器接触；当碳刷磨损至其从碳刷伸出孔伸出后，所述前推块沿切换控制环转动。

作为本实用新型的更进一步改进，还包括导电单元，该导电单元包括导电棒、电触点、压片和接线柱，所述的接线柱设置在后端盖上；所述压片的一端与接线柱相连，另一端弹性抵靠在电触点上，该电触点固定设置在支撑环顶部；所述导电棒沿套筒长度方向上设置在套筒的顶端，且导电棒一端与电触点相连，另一端穿过套筒顶部开设的接电孔与套筒内部的碳刷滑动电接触。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的前推块前端通过碳刷夹夹持碳刷；该前推块后端通过拉力弹簧与套筒内的后推块相连；所述的后推块通过压力弹簧与支撑环相连，且该后推块上顶面或/和下底面上设有限位柱；且后推块上设置有限位块，套筒侧壁开设与限位块滑动配合的限位槽。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的碳刷伸出孔的出口端设有凸台，且凸台的前端面的一侧边通过坡面与切换控制环的外侧面相连；所述的碳刷伸出孔的进口端的一内壁通过导向面与切换控制环的内侧面过渡相连，该导向面为圆弧面。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的凸台的厚度E为切换控制环的外侧面与环状换向器内侧面之间距离的1/k，k取值为2-5。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的坡面和凸台的前端面之间的夹角a为20°-45°。

作为本发明的更进一步改进，所述的凸台的侧壁宽度D1与相邻两个开口之间距离之比为1/j，j取值为j＞1。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的插头长度L1、插孔的深度L2和拉力弹簧的极限伸长量L3均大于导向面的上下两端之间的垂直距离h。

作为本实用新型的更进一步改进，当套筒内部的碳刷在工作时，该套筒内部的限位柱和前推块底面之间的距离L4与切换控制环壁厚之比为m，m取值为0.15-0.5，且L4＞E。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种碳刷连供电机，其碳刷架包含两对以上套筒，套筒沿支撑环外侧壁周向等间隔设置，且在套筒，内部设有碳刷，电机工作时，只有一对碳刷通过碳刷伸出孔与环状换向器相接触；支撑环内侧通过卷簧连接于空心立柱，该空心立柱固定在后端盖上；当碳刷磨损不能使用时，碳刷刚好与凸台的前端面齐平，碳刷与碳刷伸出孔之间无作用力，在卷簧的扭力作用下，带动碳刷架转动，直到下一组碳刷从碳刷伸出孔伸出，与环状换向器相接触，该结构设计实现碳刷磨损快要用尽时，能够及时的自动进行更换，减轻了每一次碳刷用尽后都需要人工更换碳刷的工作量，提高了工作效率，降低了劳动力，此外，也防止碳刷用尽后因工作人员未及时更换碳刷而损害电机。

(2)本实用新型的一种碳刷连供电机，其套筒内部沿轴向滑动设置有前推块和后推块两者之间通过拉力弹簧，且后推块上设置有限位块，该限位块能够在套筒侧壁上的限位槽进行滑动；当自动更换碳刷时，碳刷架转动，备用碳刷转至碳刷伸出孔，由于没有切换控制环的阻碍，碳刷在压力弹簧的作用下，推动后推块上的限位块沿着限位槽进行滑动，进而推动碳刷从碳刷伸出孔中伸出，通过限位槽与限位块的配合作用，防止前推块夹持的碳刷移动过程中发生晃动，此外，插头和插孔的设计，防止前推块对后推块作用时发生摇晃，进一步提高了碳刷移动时的稳定性。

(3)本实用新型的一种碳刷连供电机，其凸台的前端面的一侧边通过坡面与切换控制环的外侧面相连，切换控制环的内侧面通过导向面与碳刷伸出孔的进口端过渡相连，当碳刷的后端与凸台的前端面齐平时，发生转动，碳刷会沿着坡面移动，后推块上的限位柱刚好可以沿着导向面移动，直至下一组碳刷与环状换向器相接触，该结构设计简单、巧妙，通过与卷簧、切换控制环和碳刷伸出孔等结构相互配合，便于电机自行更换碳刷。

(4)本实用新型的一种碳刷连供电机，其凸台的厚度E为切换控制环的外侧面与环状换向器内侧面之间距离的1/k，k取值为2-5；若k值过大，即凸台的厚度太薄，会导致碳刷在更换时，碳刷的前端与环状换向器不能完全脱离，导致多对碳刷同时与环状换向器接触，影响电机工作，甚至会产生短路，损害电机；若k值过小，即凸台的厚度太厚，会导致碳刷的后端在前端面上沿着坡面滑动至外侧面时，产生较大的震动，影响结构的稳定性。

(5)本实用新型的一种碳刷连供电机，其坡面和凸台的前端面之间的夹角a为20°-45°；a越大则坡面越陡，碳刷的后端在前端面上沿着坡面滑动至外侧面时，产生较大的震动；a越小则会导致坡面长度太长，碳刷的后端沿着坡面滑动时迟迟不能到达外侧面，从而不利于碳刷的更换。

(6)本实用新型的一种碳刷连供电机，其凸台的侧壁宽度D1与相邻两个开口之间距离之比为1/j，j取值为j＞1；即要保证凸台的侧壁宽度D1小于相邻两个开口之间的距离，防止碳刷后端自前端面滑下之前下一个相邻的碳刷已经替换过来，即两个碳刷同时接触环状换向器，影响电机工作，甚至会造成短路而损害电机。

(7)本实用新型的一种碳刷连供电机，其插头长度L1、插孔的深度L2和拉力弹簧的极限伸长量L3均大于导向面的上下两端之间的垂直距离h；若L1和L2小于h，则会导致碳刷在更换时，插头与插孔脱离，影响电机工作；若L3小于h，则会导致限位柱沿着导向面移动时拉力弹簧阻碍限位柱沿着导向面移动，甚至会发生将拉力弹簧拉断，损害电机。

(8)本实用新型的一种碳刷连供电机，其套筒内部的碳刷在工作时，该套筒内部的限位柱和前推块底面之间的距离L4与切换控制环壁厚之比为m，m取值为0.15-0.5，且L4＞E；m过大，会导致切换碳刷时，限位柱与导向面接触太迟从而引起限位柱沿导向面移动的垂直距离太小，从而拉力弹簧所受的拉力太小导致电刷与环状换向器分离不彻底；m过小会出现相反的效果，即切换碳刷时，限位柱与导向面接触的太早从而引起限位柱沿导向面移动的垂直距离太大，从而导致拉力弹簧所受的拉力太大，增加套筒的旋转阻力，妨碍碳刷的更换。

附图说明

图1为本实用新型的一种碳刷连供电机的内部结构示意图；

图2为本实用新型的一种碳刷连供电机的外部结构示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为本实用新型中的夹持单元与切换单元的剖面图；

图5为本实用新型中套筒内部的结构示意图；

图6为图5的剖面图；

图7为本实用新型中夹持单元的结构示意图；

图8为图7中A-A处的剖面图；

图9为本实用新型中的切换控制环的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为本实用新型中的接线柱的结构示意图；

图12为本实用新型中的压片结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、机壳本体；110、定子；120、转子；130、输出轴；

200、夹持单元；210、碳刷架；211、套筒；2111、限位槽；2112、接电孔；2113、碳刷；212、支撑环；213、前推块；2131、碳刷夹；2132、插头；2133、连接件；2134、拉力弹簧；214、后推块；2141、限位柱；2142、限位块；2143、插孔；215开口；216、压力弹簧；220、后端盖；221、通孔；222、空心立柱；223、卷簧；224、安装孔；225、压片孔；

300、切换单元；310、切换控制环；311、碳刷伸出孔；3111、凸台；3112、坡面；3113、前端面；3114、内壁；312、内侧面；313、外侧面；314、环形滑槽；315、导向面；316、固定板；320、环状换向器；

400、导电单元；410、导电棒；411、电触点；420、压片；430、接线柱。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

本实施例的一种碳刷连供电机，如图1，包括机壳本体100、夹持单元200、切换单元300和导电单元400，其中，机壳本体100内设置有定子110，定子110的内侧转动设置有转子120，转子120安装在输出轴130上；结合图1、图3、图4和图7，本实施例中的夹持单元200包括后端盖220和碳刷架210，后端盖220固定安装于机壳本体100的一端；碳刷架210位于后端盖220与转子120之间，且套设在输出轴130上。该碳刷架210包含两对以上套筒211，套筒211沿支撑环212外侧壁周向等间隔设置，且在套筒211背向支撑环212一端设置有开口215，套筒211内部设有碳刷2113，碳刷2113能在该开口215处进行伸缩。

支撑环212内侧安装有卷簧223，卷簧223一端与支撑环212相连，另一端与空心立柱222相连，该空心立柱222与后端盖220固定连接，即卷簧223连接在后端盖220上。此外，输出轴130穿过空心立柱222中间的通孔221。

本实施例中的卷簧223在安装时，使卷簧223具有一定的弹性，即卷簧223能够带动整个碳刷架210进行转动。

作为一种优选，本实施例中套筒211内部沿轴向滑动设置有前推块213和后推块214，前推块213设置在开口215的一端，并在前推块213上设置有夹持碳刷2113的碳刷夹2131。在前推块213的后端通过拉力弹簧2134与后推块214相连，并在拉力弹簧2134内设有连接件2133，该连接件2133固定在前推块213的后端。前推块213朝向后推块214的一侧设置有插头2132，并在后推块214上开设有与插头2132滑动配合的插孔2143。本实施例中的后推块214通过压力弹簧216与支撑环212外侧相连。为了便于前推块213和后推块214在套筒211内部进行移动，在后推块214上设置有限位块2142，套筒211内侧壁上开设与限位块2142滑动配合的限位槽2111，在压力弹簧216的作用下，推动前推块213和后推块214移动，进而带动碳刷2113移动。

通过限位槽2111与限位块2142的配合作用，防止前推块213夹持的碳刷2113移动过程中发生晃动，此外，插头2132和插孔2143的设计，防止前推块213对后推块214作用时发生摇晃，进一步提高了碳刷2113移动时的稳定性。

此外，本实施例中的导电单元400安装在后端盖220上，如图2所示，该导电单元400包括导电棒410、电触点411、压片420和接线柱430，其中压片420和接线柱430的结构如图11和图12所示，接线柱430设置在后端盖220上，接线柱430上设有与后端盖220压片孔225相配合的销，将接线柱430固定在后端盖220上。此外，在接线柱430上开设有接线孔，便于与电机外部线路相连。如图8所示，其压片420一端与接线柱430相连，另一端弹性抵靠在电触点411上，该电触点411固定设置在支撑环212顶部。导电棒410沿套筒211长度方向上设置在套筒211的顶端，且导电棒410一端与电触点411相连，另一端穿过套筒211顶部开设的接电孔2112与套筒211内部的碳刷2113滑动电接触。该导电单元400将电机外部与电机内部相连通，保证电机工作。本实施例中电触点411、导电棒410和套筒211的个数相同。

结合图1、图4、图9和图10，本实施例中的切换单元300包括切换控制环310和环状换向器320，其切换控制环310环上设有的三个固定孔，通过固定件穿过该固定孔与后端盖220固定连接，且切换控制环310设置在碳刷架210与环状换向器320之间，为了能够使碳刷2113与环状换向器320接触，在切换控制环310上开设有一对碳刷伸出孔311，碳刷2113从碳刷伸出孔311伸出，通过碳刷2113后端的压力弹簧216提供张紧力，使碳刷2113前端始终与环状换向器320接触，保证电机的正常运行。作为一种优选，本实施例中的两个碳刷伸出孔311关于换控制环310轴线中心对称。

结合图4、图9和图11，本实施例中的切换控制环310的外侧面313设有凸台3111，该凸台3111位于碳刷伸出孔311的出口端，且凸台3111的前端面3113的一侧边通过坡面3112与外侧面313相连；碳刷伸出孔311的进口端的一内壁3114通过导向面315与切换控制环310的内侧面312过渡相连，该导向面315为圆弧面。为了与导向面315相配合，在后推块214侧面上设有限位柱2141，该限位柱2141能够沿着导向面315移动。

切换控制环310上的碳刷伸出孔311设置在切换控制环310侧壁的上端时，为了保证限位柱2141与导向面315相接触，则限位柱2141设在后推块214的上顶面；当切换控制环310上的碳刷伸出孔311设置在切换控制环310侧壁的下端时，则限位柱2141设在后推块214的上底面。

作为一种优选，本实施例中的切换控制环310设有两个，分为上切换控制环和下切换控制环，且两个环之间留有间隙，即环形滑槽314。碳刷伸出孔311一半位于上切换控制环侧壁的下端，另一半位于下切换控制环侧壁的上端，二者共同组成碳刷伸出孔311；此外，上切换控制环和下切换控制环都设有导向面315，为了与导向面315配合使用，后推块214上顶面和下底面上都设有限位柱2141。本实施例中为保证碳刷2113只从碳刷伸出孔311伸出，而不能从环形滑槽314伸出，使碳刷2113的厚度在碳刷伸出孔311的孔的高度与环形滑槽314的宽度之间；此外，为了不影响碳刷2113沿碳刷伸出孔311伸出，其环形滑槽314的宽度大于前推块213和后推块214的厚度；本实施例中后推块214的上顶面和下底面上的限位柱2141之间的最大距离在碳刷伸出孔311的孔的高度与环形滑槽314的宽度之间，即碳刷2113在碳刷伸出孔311中移动时，限位柱2141不会阻碍碳刷2113与环状换向器320接触，当发生转动时，保证限位柱2141始终抵着切换控制环310的内侧面，不会导致磨损后碳刷2113与环状换向器320接触，影响电机工作。

本实施例中当碳刷2113的后端与凸台3111的前端面3113齐平时，发生转动，碳刷2113会沿着坡面3112移动，后推块214上顶面和下底面上的限位柱2141刚好可以沿着导向面315移动，直至下一组碳刷2113与环状换向器320相接触，该结构设计简单、巧妙，通过与卷簧223、切换控制环310和碳刷伸出孔311等结构相互配合，便于电机自行更换碳刷2113。

此外，上切换控制环通过环上的三个固定孔固定连接在后端盖220上，下切换控制环上连接有两块固定板316，且两块固定板316都朝向下切换控制环的内侧，如图9所示。为了将下切换控制环于后端盖220相连，本实施例中在固定板316开设有孔，并在空心立柱222的下端开设有安装孔224，螺钉分别穿过固定板316上的孔和安装孔224，将固定板316固定连接在空心立柱222上，即下切换控制环与后端盖220相连。

结合图10，本实施例中凸台3111的厚度E为切换控制环310的外侧面313与环状换向器320内侧面之间距离的1/k，k取值为2-5；若k值过大，即凸台3111的厚度太薄，会导致碳刷2113在更换时，碳刷2113的前端与环状换向器320不能完全脱离，导致多对碳刷2113同时与环状换向器320接触，影响电机工作，甚至会产生短路，损害电机；若k值过小，即凸台3111的厚度太厚，会导致碳刷2113的后端在前端面3113上沿着坡面3112滑动至外侧面313时，产生较大的震动，影响结构的稳定性。

结合图10，本实施例中坡面3112和凸台3111的前端面3113之间的夹角a为20°-45°；a越大则坡面3112越陡，碳刷2113的后端在前端面3113上沿着坡面3112滑动至外侧面313时，产生较大的震动；a越小则会导致坡面3112长度太长，碳刷2113的后端沿着坡面3112滑动时迟迟不能到达外侧面313，从而不利于碳刷2113的更换。

结合图10，本实施例中凸台3111的侧壁宽度D1与相邻两个开口215之间距离之比为1/j，j取值为j＞1；即要保证凸台3111的侧壁宽度D1小于相邻两个开口215之间的距离，防止碳刷2113后端自前端面3113滑下之前下一个相邻的碳刷2113已经替换过来，即两个碳刷2113同时接触环状换向器320，影响电机工作，甚至会造成短路而损害电机。

结合图6、和图10，本实施例中插头2132长度L1、插孔2143的深度L2和拉力弹簧2134的极限伸长量L3均大于导向面315的上下两端之间的垂直距离h；若L1和L2小于h，则会导致碳刷2113在更换时，插头2132与插孔2143脱离，影响电机工作；若L3小于h，则会导致限位柱2141沿着导向面315移动时拉力弹簧2134阻碍限位柱2141沿着导向面315移动，甚至会发生将拉力弹簧2134拉断，损害电机。

结合图5和图10，本实施例中套筒211内部的碳刷2113工作时，该套筒211内部的限位柱2141和前推块213底面之间的距离L4与切换控制环310壁厚之比为m，m取值为0.15-0.5，且L4＞E；m过大，会导致切换碳刷2113时，限位柱2141与导向面315接触太迟从而引起限位柱2141沿导向面315移动的垂直距离太小，从而拉力弹簧2134所受的拉力太小导致电刷与环状换向器320分离不彻底；m过小会出现相反的效果，即切换碳刷2113时，限位柱2141与导向面315接触的太早从而引起限位柱2141沿导向面315移动的垂直距离太大，从而导致拉力弹簧2134所受的拉力太大，增加套筒211的旋转阻力，妨碍碳刷2113的更换。

利用本实施例一种碳刷连供电机的碳刷更换方法，其过程为：电机在工作时，其中一对碳刷2113从碳刷伸出孔311伸出，在压力弹簧216的作用下，碳刷2113前端与环状换向器320相接触，该碳刷2113位于工作状态，其他碳刷2113由于前端抵在切换控制环310上，无法伸出与环状换向器320配合，在切换控制环310内部作为备用。

在工作过程中，碳刷2113不断磨损，在压力弹簧216的作用下不断向前移动，当碳刷2113磨损至碳刷2113的后端与凸台3111的前端面3113齐平时，即碳刷2113从碳刷伸出孔311中脱出，不再受到碳刷伸出孔311的阻挡。此外，由于环形滑槽314的宽度大于前推块213和后推块214的厚度，则前推块213会进入到环形滑槽314内，在卷簧223的扭力作用下，碳刷架210转动，带动碳刷2113沿切换控制环310转动。在转动时，后推块214上的限位柱2141沿着导向面315移动至切换控制环310的内侧面312，同时，碳刷2113的后端从凸台3111的前端面3113沿着坡面3112移动至切换控制环310的外侧面313，防止该碳刷2113再次与环状换向器320接触。与此同时，备用碳刷2113转动至碳刷伸出孔311，由于没有切换控制环310的阻碍，在压力弹簧216的作用下，推动后推块214上的限位块2142沿着限位槽2111进行滑动，使碳刷2113从碳刷伸出孔311伸出，进而与环状换向器320相接触，保证电机持续工作。

值得说明的是本实施例中处于工作状态的碳刷2113，其后推块214与支撑环212相连的压力弹簧216处于压缩状态，不断推动碳刷2113与环状换向器320相接触，保证其工作。此外，更换后的碳刷2113处于切换控制环310与环状换向器320之间，由于凸台3111、拉力弹簧2134和限位柱2141等结构设计，保证了更换后的碳刷2113不会与环状换向器320接触而影响电机工作。

本实施例的夹持单元200和切换单元300的结构设计实现碳刷2113磨损快要用尽时，能够及时的自动进行更换，减轻了每一次碳刷2113用尽后都需要人工更换碳刷2113的工作量，提高了工作效率，降低了劳动力，此外，也防止碳刷2113用尽后因工作人员未及时更换碳刷2113而损害电机。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。